KR102256301B1

KR102256301B1 - 배터리 충방전 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102256301B1
Application number: KR1020150015594A
Authority: KR
Inventors: 황두선; 김현석
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2021-05-26
Also published as: US9800064B2; US20160226269A1; CN105846489B; CN105846489A; EP3051657B1; KR20160094229A; EP3051657A1

Abstract

배터리 충방전 제어 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 시스템은, 병렬로 연결된 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 충전 상태를 측정하는 SOC 측정부 및 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 상기 제1 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하되, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 조정 전 SOC의 평균과 조정 후의 SOC의 평균이 일치하도록 SOC를 조정하며, 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 제1 C-레이트(rate)로 펄스 충전하는 충방전 제어부를 포함한다.

Description

배터리 충방전 제어 시스템 및 방법{Charging and Discharging Control System and Method for Battery}

본 발명은 배터리 충방전 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 수명을 극대화 할 수 있는 SOC 범위에 대응하여 병렬로 연결된 복수의 배터리 팩의 SOC를 분할하고, SOC 분할된 배터리 팩에 분할 펄스 충방전을 수행하는 배터리 충방전 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 휴대용 전자기기는 충전 가능한 배터리 팩에 의해 전력을 공급받으며, 그 배터리 팩에 의한 전원 공급 가능 시간에 따라 그 휴대용 전자기기의 사용 가능 시간도 결정된다. 따라서, 상기 휴대용 전자기기의 사용 가능 시간을 연장시키기 위해서는, 상기 배터리 팩을 수시로 충전하여야 한다.

상기 휴대용 전자기기의 사용 가능 시간을 극대화하기 위해, 두 개의 배터리 팩을 하나의 휴대용 전자기기에 장착하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 같은 크기 및 같은 화학적 성질을 갖는 두 개의 배터리 팩을 구비하고, 이를 하나의 휴대용 전자기기에 장착하는 것이다.

그러나, 이러한 종래의 배터리 팩은 제어 회로가 각각의 배터리 팩에 별도로 설치되어야 할 뿐만 아니라, 각 배터리 팩의 용량 계산을 위한 퓨엘 게이지 회로 또는 마이크로 컴퓨터가 각각 구비됨으로써, 배터리 팩의 가격이 비싸지는 문제가 있다.

또한, 종래에는 같은 형상, 화학적 성질, 용량, 충전 전압 또는 충전 전류를 갖는 두 개의 배터리 팩을 하나의 장치에 모아 놓은 것으로서, 요구되는 장치의 크기가 커질 뿐만 아니라 부피당 에너지 효율이 저하되는 문제가 있다.

일반적으로 배터리는 사용하는 것 보다 사용하지 않고 방치해 두는 것이 배터리 열화 측면에서 유리하며, 사용할 때에도 고율 보다는 저율로 사용하는 것이 유리하며, 배터리의 열화 측면에서 좋은 SOC(State-Of-Charge) 상태에서 사용하는 것이 좋다.

한편, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS) 또는 다직병렬로 연결되어 있는 배터리 시스템은 충방전을 할 때, 병렬로 연결되어 있는 배터리 팩이 모두 동작하도록 되어 있다. 이렇게 하면 배터리를 휴면 상태로 두었을 때, 그리고 배터리의 열화 특성이 좋지 않은 SOC 영역에서 사용을 오래 하면 배터리 수명에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.

본 발명은 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩의 수명을 극대화 할 수 있는 배터리 충방전 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 배터리 팩 충방전에 휴지 시간을 부여함으로써 배터리 팩 열화를 최소화할 수 있는 배터리 충방전 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 시스템은, 병렬로 연결된 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 충전 상태를 측정하는 SOC 측정부 및 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 상기 제1 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하되, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 조정 전 SOC의 평균과 조정 후의 SOC의 평균이 일치하도록 SOC를 조정하며, 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 제1 C-레이트(rate)로 펄스 충전하는 충방전 제어부를 포함한다.

또한, 상기 충방전 제어부는 조정 후의 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC와 제1 기준값과의 차이의 합이 최대가 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하고, 상기 제1 기준값은 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 수명을 최소로 하는 SOC 값일 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는 상기 제1 및 제2 배터리 팩 중 어느 하나의 배터리 팩의 SOC가 10% 또는 90%가 될 때까지 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 방전하거나 충전할 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는 상기 제1 배터리 팩의 펄스 충방전 중 펄스 오프 시간 동안은 상기 제2 배터리 팩을 충방전 할 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제2 임계값 이상인 경우 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 상기 제1 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 각각 충전하거나 방전할 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부로부터 수신되는 제1 제어신호에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 되어 상기 제1 배터리 팩을 충전 또는 방전하는 제1 스위치 및 상기 충방전 제어부로부터 수신되는 제2 제어신호에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 되어 상기 제2 배터리 팩을 충전 또는 방전하는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH(State-Of-Health)를 산출하는 SOH 산출부를 더 포함할 수 있으며, 상기 충방전 제어부는 상기 SOH 산출부에서 산출된 SOH에 대응하여 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정할 수 있다.

또한, 상기 충방전 제어부는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH 차이가 제3 임계값 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법은, 병렬로 연결된 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 충방전 제어 방법으로서, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 충전 상태를 측정하는 SOC 측정 단계, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 상기 제1 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조절하는 SOC 확장(expanding) 단계, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제2 임계값 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제2 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조절하는 SOC 축소(reducing) 단계 및 제1 C-레이트(rate)로 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 펄스 충전하는 배터리 충방전 단계를 포함한다.

또한, 상기 SOC 확장 단계 및 상기 SOC 축소 단계에서는, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 조정 전 SOC의 평균과 조정 후의 SOC 평균이 일치하도록 SOC를 조정할 수 있다.

또한, 상기 SOC 확장 단계에서는, 조정 후의 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC와 제1 기준값과의 차이의 합이 최대가 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하고, 상기 제1 기준값은 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 수명을 최소로 하는 SOC 값일 수 있다.

또한, 상기 SOC 확장 단계에서는 상기 제1 및 제2 배터리 팩 중 어느 하나의 배터리 팩의 SOC가 10% 또는 90%가 될 때까지 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 방전하거나 충전할 수 있다.

또한, 상기 배터리 충방전 단계에서는 상기 제1 배터리 팩의 펄스 충전 중 펄스 오프 시간 동안은 상기 제2 패터리 팩을 충전할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH(State-Of-Health)를 산출하는 SOH 산출 단계를 더 포함하고, 상기 배터리 충방전 단계에서는 상기 SOH 산출 단계에서 산출된 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH에 따라 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정할 수 있다.

또한, 상기 배터리 충방전 단계에서는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH 차이가 제3 임계값 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정할 수 있다.

본 발명은 병렬로 연결되는 복수의 배터리 팩의 수명을 극대화 할 수 있는 배터리 충방전 제어 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 배터리 팩 충방전에 휴지 시간을 부여함으로써 배터리 팩 열화를 최소화할 수 있는 배터리 충방전 제어 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 SOC에 따른 배터리의 수명을 나타내는 그래프이다.
도 3은 배터리 팩의 SOC를 조절하는 방법을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 스위치를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 C-레이트에 따른 배터리 팩의 잔존 용량을 나타내는 도면이다.
도 6은 종래 기술에 따른 연속 충방전과 본 발명에 따른 분할 충방전을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충방전 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충방전 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 헝태로 구현될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 구동장치에 대해서 설명하도록 한다. 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 시스템(100)은 제1 배터리 팩(110), 제2 배터리 팩(120), SOC 측정부(130) 및 충방전 제어부(140)를 포함한다. 제1 배터리 팩(110)과 제2 배터리 팩(120)은 서로 병렬로 연결되며, 도 1에는 두 개의 배터리 팩(110, 120)이 도시되어 있으나, 시스템의 요구 사항에 따라 3개 이상의 배터리 팩을 병렬로 연결하여 용량을 증대시킬 수 있으며, 직렬로 연결된 복수의 배터리 팩으로 이루어진 복수의 배터리 그룹을 서로 병렬로 연결하여 용량 및 출력 전압을 증대시킬 수 있을 것이다.

SOC 측정부(130)는 상기 제1 배터리 팩(110) 및 상기 제2 배터리 팩(120)에 연결되어 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 충전 상태를 측정한다.

충방전 제어부(140)는 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC의 차이가 제1 임계값보다 작은 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC의 차이가 상기 제1 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC를 조정하되, 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 조정 전 SOC의 평균과 조정 후의 SOC 평균이 일치하도록 한다.

예를 들어, SOC 조정 전 제1 배터리 팩(110)의 SOC가 45%, 제2 배터리 팩(120)의 SOC가 55%이고, 상기 제1 임계값이 20% 로 설정되어 있는 경우, 충방전 제어부(140)는 제1 배터리 팩(110)의 SOC를 40%, 제2 배터리 팩(120)의 SOC를 60%가 되도록 조정할 수 있다.

배터리 팩 간의 SOC 차이를 20%로 하는 것은 예시적인 것이 불과하며, 설계 의도에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 예시에서 제1 배터리 팩(110)과 제2 배터리 팩(120)의 조정 전 SOC가 모두 50%로 동일한 경우에는, 두 개의 배터리 팩(110, 120) 중 어느 하나의 SOC를 40%로 조정하고, 나머지 하나의 SOC를 60%로 조정할 수 있다.

충방전 제어부(140)는 조정 후의 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC와 상기 제1 기준값과의 차이의 합이 최대가 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC를 조정한다. 그리고, 이때 상기 제1 기준값은 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 수명을 최소로 하는 SOC 값일 수 있다.

배터리 팩의 수명은 SOC에 따라 달라질 수 있는데, 배터리 팩의 종류에 따라 수명이 최대가 되는 SOC 또는 수명이 최소가 되는 SOC가 다를 수 있다. 그리고, 배터리 팩의 SOC가 특정한 값으로 산출되는 경우에도, 배터리 팩을 사용함에 따라 일정한 폭으로 SOC가 감소하거나 증가할 수 있다. 이러한 경우, 수명 특성이 나은 SOC 구간에서 동작하도록 배터리 팩의 SOC를 조정할 수 있으며, SOC의 증감폭을 고려하여 SOC가 감소하거나 증가하더라도 배터리 팩의 수명 특성에 불리한 SOC 구간에서 사용되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

앞선 예시에서, 배터리 팩의 수명 특성 상 SOC 50%에서 사용하는 것이 가장 불리한 경우에는, 제1 배터리 팩(110)과 제2 배터리 팩(120)의 SOC를 50%에서 멀리 떨어지도록 조정하는 것이 배터리 팩의 수명을 연장시키는 방법이 될 수 있다. 상기 예시에서는 제1 임계값이 20%로 설정되어 있으므로 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC를 각각 40% 및 60%로 조정하는 것이 배터리 팩의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 방법이 된다. 상기 제1 임계값이 20%가 아닌 30%로 설정되어 있는 경우에는 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC를 각각 35% 및 65%로 조정 가능하다.

한편, 충방전 제어부(140)는 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC 차이가 제2 임계값보다 큰 경우 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC의 차이가 상기 제2 임계값보다 작도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)을 각각 충전하거나 방전할 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 임계값이 40%로 설정되어 있고, 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC가 각각 75%와 30%인 경우, 충방전 제어부(140)는 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC의 차이가 40% 이하가 되도록 SOC를 조정하고, 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 조정 후 SOC는 각각 72.5% 및 32.5%가 될 수 있다. 따라서, SOC 조정 전과 후의 배터리 팩의 평균 SOC가 동일한 값을 유지하도록 할 수 있다.

그리고, 상기 충방전 제어부(140)는 위와 같은 방법으로 배터리 팩의 SOC를 조정한 후, 상기 제1 배터리 팩(110) 및 제2 배터리 팩(120)을 제1 C-레이트(rate)로 펄스 충방전 한다.

C-레이트(rate)는 커런트 레이트(Current Rate)를 의미하고, 전지의 충방전시 다양한 사용 조건 하에서의 전류값 설정 및 전지의 가능 사용시간을 예측하거나 표기하기 위한 단위로서, 충방전율에 따른 전류값의 산출은 충전 또는 방전 전류를 전지 정격용량으로 나누어 충방전 전류값을 산출한다. C-레이트의 단위는 C를 사용한다.

한편, 충방전 제어부(140)가 배터리 팩 충방전에 사용하는 충방전 전류의 상기 제1 C-레이트 값은 상기 제1 배터리 팩(110) 및 제2 배터리 팩(120)의 수명을 최대로 하는 C-레이트 값을 기준으로 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 충방전 제어 시스템(100)은 배터리 팩의 수명을 최대로 하는 C-레이트 값을 기준으로 배터리 팩 충방전시에 적용되는 특정 C-레이트 값을 설정한다. 한편, 연속 충방전이 아닌 펄스 충방전을 통해 고전류를 인가하는 경우에도 배터리의 열화를 억제할 수 있으며, 장기적으로 배터리의 수명을 연장하는 효과를 제공한다.

한편, 상기 배터리 충방전 제어 시스템(100)은, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 상기 충방전 제어부(140)로부터 수신되는 제1 제어신호에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 되어 상기 제1 배터리 팩(110)이 충전 또는 방전되도록 한다.

제2 스위치(SW2)는 상기 충방전 제어부(140)로부터 수신되는 제2 제어신호에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 되어 상기 제2 배터리 팩(120)이 충전 또는 방전되도록 한다.

한편, 상기 충방전 제어부(140)는, 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC 차이가 제2 임계값보다 큰 경우 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC의 차이가 상기 제2 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)을 각각 충전하거나 방전할 수 있다.

상기 제2 임계값은 상기 제1 임계갑보다 작지 않은 값으로서, 상기 제1 임계값과 같은 값일 수 있다. 상기 배터리 충방전 시스템(100)은 복수의 배터리 팩 사이의 적절한 SOC 차이를 설정해 두고 설정된 차이와 SOC 측정부에서 측정된 배터리 팩의 SOC 차이가 다를 경우, 배터리 팩 사이의 SOC 차이를 설정된 수치로 조정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 임계값은 SOC 차이가 작은 배터리 팩들 간에 SOC 차이를 넓히는 기준이 되고, 상기 제2 임계값은 SOC 차이가 큰 배터리 팩들 간에 SOC 차이를 좁히는 기준이 될 수 있다.

한편, 상기 제1 및 제2 임계값은 오프셋(offset)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 임계값이 40%로 동일하고, 2%의 오프셋을 갖도록 설정된 경우, 배터리 팩들 간의 SOC 차이가 38% 이상 42% 이하인 경우에는 배터리 팩의 SOC를 조정하는 동작을 하지 않을 수 있다. 그리고, 배터리 팩들 간의 SOC 차이가 38% 보다 작은 경우에는 상기 배터리 팩들 간의 SOC 차이가 40%가 되도록 SOC 차이를 넓히고, 42% 보다 큰 경우에는 상기 배터리 팩들 간의 SOC 차이가 40%가 되도록 SOC 차이를 좁힐 수 있다.

그리고, 상기 충방전 제어부(140)는 SOC 조정 전 상기 제1 또는 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC가 10% 이하 또는 90% 이상인 경우에는 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC를 조정하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC 차이가 상기 제1 임계값 이하이거나 상기 제2 임계값 이상인 경우에도, 어느 하나의 배터리 팩의 SOC가 10% 이하 또는 90% 이상인 경우에는 상기 충방전 제어부(140)에 의한 SOC 조정이 이루어지지 않는다.

도 2는 SOC에 따른 배터리의 수명을 나타내는 그래프이다.

도 2(a)는 센터(Center) SOC에 따른 배터리 수명을 나타내는 그래프이다. 여기서 센터 SOC는 완전 충전 상태에서의 SOC와 완전 방전 상태에서의 SOC의 중간 값을 의미하며, 도 2(a)의 그래프는 센터 SOC를 기준으로 -12.5%인 상태를 완전 방전, +12.5%인 상태를 완전 충전 상태로 설정한 경우의 배터리 수명을 나타낸다.

도 2(a)를 참조하면, 센터 SOC를 50%로 설정하고 37.5%~62.5% 구간에서 배터리를 사용할 때에 배터리의 수명이 가장 짧은 것으로 측정됨을 알 수 있다. 그리고, 50% 보다 낮은 SOC 구간에서 배터리를 사용하는 경우 배터리의 수명이 길어지며, 50% 보다 높은 SOC 구간에서 배터리를 사용하는 경우에도 상대적으로 배터리의 수명이 길어지는 것을 알 수 있다.

따라서, 도 2(a)와 같은 SOC-수명 특성을 갖는 배터리의 경우에는 SOC 50% 이외의 구간에서 사용하는 것이 보다 긴 시간의 수명을 확보할 수 있는 방법이 된다.

도 2(b)는 방치 SOC에 따른 배터리의 수명을 나타낸다. 여기서 방치 SOC는 배터리를 충전하거나 방전하지 않는 상태, 즉 배터리를 사용하지 않는 상태에 두었을 때 배터리의 SOC를 의미한다.

도 2(b)를 참조하면, 50%의 SOC에서 배터리를 방치해 두는 경우에 배터리의 수명이 가장 짧은 것을 알 수 있다. 따라서, 도 2(b)와 같은 SOC-수명 특성을 갖는 배터리의 경우에는 SOC 50% 이외의 구간에 배터리를 두는 것이 보다 긴 시간의 수명을 확보할 수 있는 방법이 된다.

도 2에 도시되는 두 개의 그래프는 특정한 종류의 배터리에 대해 측정한 결과를 나타내며, 모든 배터리에 대해서 도 2의 그래프들과 같은 SOC-수명 특성을 담보하는 것은 아니다.

SOC-수명 특성은 배터리의 종류에 따라 반복 측정을 통해 얻을 수 있으며, 측정된 결과에 따라 사용을 지양해야 하는 SOC 구간을 설정하고, 설정된 구간을 회피하여 배터리를 사용하는 것이 보다 긴 수명을 확보하는데 유리하다.

도 3은 배터리 팩의 SOC를 조절하는 방법을 예시적으로 나타내는 도면이다.

도 3에는 제1 배터리 팩(110)과 제2 배터리 팩(120)이 도시되며, 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)은 병렬로 연결되는 경우를 상정한다. 도 3(a)는 SOC 조정 전을 나타내고, 도 3(b)는 SOC 조정 후를 나타낸다. 그리고, 도 3은 제1 임계값이 30%로 설정되고, 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 수명이 최소가 되는 SOC, 즉 제1 기준값은 50%인 경우를 예로 든다.

도 3을 참조하면, SOC 조정 전 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC는 각각 60% 및 40%이다. 그리고, SOC 조정 후 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC는 각각 70% 및 30%이다.

SOC 조정 전 두 개의 배터리 팩의 SOC 차이는 20%로서 상기 제1 임계값(30%)보다 작으므로, 충방전 제어부(140)는 상기 두 개의 배터리 팩(110, 120)의 SOC 차이가 30%가 되도록 각각의 배터리 팩의 SOC를 조정한다. 이때, SOC 조정 전과 후의 SOC의 평균이 서로 같도록 SOC를 조정해야 하므로, 제1 배터리 팩(110)을 충전하여 조정 후 SOC가 70%가 되도록 하고, 제2 배터리 팩(120)은 방전하여 조정 후 SOC가 30%가 되도록 한다.

다른 예로써, 조정 전 두 개의 배터리 팩의 SOC가 각각 45%, 60%이고, 제1 임계값은 30%, 제1 기준값이 40%인 경우에는, 충방전 제어부(140)는 상기 두 개의 배터리 팩의 SOC가 각각 37.5% 및 67.5%가 되도록 조정할 수 있다. 이때, 조정 전 SOC가 45%였던 배터리 팩은 조정 후 SOC가 37.5%가 되어 상기 제1 기준값에 더 가까워지게 된다. 제1 기준값에 가까울수록 배터리의 수명이 단축되는 문제가 발생할 수 있으므로, 위와 같은 경우에는 상기 제1 임계값을 더 큰 값으로 설정하는 것이 가능하다. 상기 제1 임계값이 40%로 설정된 경우에는 상기 두 개의 배터리 팩의 SOC를 각각 32.5% 및 72.5%로 조정 가능하므로 두 개의 배터리 팩 모두 조정 후 SOC가 상기 제1 기준값에서 더 멀어지도록 할 수 있다.

상기 제1 기준값은 배터리의 특성에 따라 달라지는 값이며, 반복 실험 및 측정에 의해 얻어낼 수 있는 값이므로, 제1 기준값과 SOC 조정 전 배터리 팩의 SOC에 따라 제1 임계값을 유연하게 조절하는 방법을 사용할 수도 있다.

지금까지 두 개의 배터리 팩을 갖는 경우의 충방전 과정을 설명하였으나, 본 발명에 따른 배터리 충방전 시스템(100)은 반드시 두 개의 배터리 팩이 존재하는 경우로 한정되는 것은 아니다.

동일한 종류의 배터리 팩이 3개 이상 연결되는 경우에는 각각의 배터리 팩의 SOC를 측정하여 최소 SOC와 최대 SOC를 판단하고, 최소 SOC와 최대 SOC의 차이가 특정 임계값을 갖도록 SOC를 조정할 수 있다. 배터리 팩의 총 개수에 관계없이 배터리 수명이 최소가 되는 SOC는 서로 동일할 것이므로 특정 구간의 SOC에서 최대한 떨어진 범위에서 동작하도록 SOC를 조정할 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 스위치를 예시적으로 나타내는 도면이다.

충방전 스위치는 배터리 팩을 선택적으로 충전하거나 방전하기 위해서 사용되는 스위치로서, 도 1과 같이 외부 충전 단자(P+, P-)와 각각의 배터리 사이에서 스위칭 동작을 할 수 있다.

도 2를 참조로 하여 제1 배터리 팩(110)과 상기 외부 충전 단자(P+, P-)를 연결하는 제1 스위치(SW1) 및 제2 배터리 팩(120)과 상기 외부 충전 단자(P+, P-)를 연결하는 제2 스위치(SW2)를 설명한 바 있다.

상기 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 도 4에 도시되는 바와 같이 충전 스위치(SWch)와 방전 스위치(SWdis)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 충방전 제어 시스템(100)은 배터리 팩의 수명을 최소로 하는 SOC, 즉 제1 기준값과 배터리 팩의 현재 SOC, 제1 임계값 등의 조건에 따라 각각의 배터리 팩을 충전하거나 방전하는 역할을 수행한다. 따라서, 상기 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 도 4에 도시되는 바와 같이 배터리 팩을 선택적으로 충방전 할 수 있는 구성을 가질 수 있다.

도 5는 C-레이트에 따른 배터리 팩의 잔존 용량을 나타내는 도면이다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 하루에 한 번 충전과 방전하여 일정한 에너지를 충전하거나 방전하는 조건에서 C-레이트를 달리하여 잔존 용량을 측정한 그래프를 나타내며, 도 5(a)와 도 5(b)에서 C-레이트 측정 대상이 되는 배터리의 종류는 서로 다르다.

C-레이트가 1C인 경우에는 완전 방전 상태에서 완전 충전 상태까지 충전하는데 1시간이 소요되며, 완전 충전 상태에서 완전 방전 상태까지 방전하는 데에도 1시간이 소요된다. 또한, 하루에 한 번 충전과 방전을 하는 조건이므로, 충전과 방전에 소요되는 2시간을 제외한 22시간 동안은 휴식(rest)하게 된다.

먼저 도 5(a)를 참조하면, 3C의 C-레이트로 충전 및 방전하는 경우 충전과 방전에 각각 20분이 소요되며 23시간 20분 동안은 충전 또는 방전이 일어나지 않는다. 도 5(a)에서 측정에 사용된 배터리의 경우 3C의 C-레이트로 충방전 하는 경우의 잔존 용량이 가장 크게 측정되므로, 이때의 수명이 가장 길 것으로 예측할 수 있다.

도 5(b)에서 측정에 사용된 배터리의 경우 1C의 C-레이트로 충방전 하는 경우의 잔존 용량이 가장 크게 측정되므로, 이때의 수명이 가장 길 것으로 예측할 수 있다.

도 5의 그래프를 참조하면, 배터리의 수명에 가장 유리한 특정 C-레이트를 선택할 수 있으며, 선택된 상기 C-레이트로 충전 및 방전을 함으로써 배터리의 잔존 용량을 높일 수 있다. 이는 배터리의 열화 및 수명에도 영향을 미치는 요인이 되므로, 사용되는 배터리의 특성에 따라 열화, 수명, 용량 측면에서 유리한 C-레이트를 선택하는 것이 중요하다.

도 6은 종래 기술에 따른 연속 충방전과 본 발명에 따른 분할 충방전을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 6(a)는 종래 기술에 따른 연속 충방전을 나타낸다. 연속 충방전은 에너지 저장 장치와 같이 복수의 배터리가 사용되는 시스템에 있어서, 복수의 배터리 또는 배터리 팩을 충전하거나 방전할 때 모든 배터리에 동일한 패턴의 연속된 충전 전류를 인가하거나 방전 전류를 인가하는 충방전 방법을 의미한다.

종래의 충방전 방법은 속도 향상을 위해 고율 충전 전류를 인가하는 경우 배터리의 열화가 가속되는 문제를 야기할 수 있다.

도 6(b)는 종래의 방법과 달리 펄스 충방전을 이용하는 것을 나타내며, 도 6(a)의 그래프를 네 개의 별도의 그래프로 분할한 것과 같은 펄스 그래프로 나타낼 수 있다. 도 6(b)는 네 개의 배터리 팩를 펄스 충방전 하는 것을 나타내는데, 왼쪽의 그래프부터 제1 배터리 팩, 제2 배터리 팩, 제3 배터리 팩 및 제4 배터리 팩이라고 가정하면, 상기 제1 배터리 팩 내지 제4 배터리 팩에는 시간에 따라 불연속적인 충전 전류 또는 방전 전류가 인가된다.

그리고, 펄스 충방전 시 C-레이트는 4C를 초과하지 않는 것을 알 수 있는데, 이는 상기 제1 내지 제4 배터리 팩의 특성에 따라 배터리의 열화를 최소로 할 수 있는 C-레이트의 범위가 설정된 것으로 이해할 수 있다.

도 5를 참조로 하여 설명한 바와 같이, C-레이트의 크기에 따라 배터리의 열화 특성이 달라지고, 이에 따라 배터리의 수명에도 영향을 미칠 수 있는데, 펄스 충방전 시에는 배터리의 열화 특성에 악영향을 주지 않는 범위 내에서 C-레이트를 결정하고, 해당 범위 내의 C-레이트로 배터리 팩을 충방전 할 수 있다.

한편, 충방전 제어부(140)는 상기 제1 배터리 팩의 펄스 충방전 중 펄스 오프 시간 동안은 상기 제2 배터리 팩을 충방전 할 수 있다. 이는 배터리 팩에 휴지 시간(rest time)을 부여하기 위함이며, 휴지 시간을 부여함으로써 배터리 열화 속도를 늦추는 효과를 기대할 수 있다.

또는, 도 6(b)에 도시되는 바와 같이 제1 내지 제4 배터리 팩을 펄스 충방전 하는 동안 제1 배터리 팩의 펄스 충방전 중 펄스 오프 시간 동안은 제2 내지 제4 배터리 팩을 충방전 할 수 있다.

본 명세서에서 제시되는 배터리 팩의 개수는 예시적인 것에 불과하며 시스템에 대한 출력 용량 및 출력 전압의 크기에 따라 유연하게 조절될 수 있음은 자명하다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 상기 배터리 충방전 제어 시스템(10)은, 제1 배터리 팩(110), 제2 배터리 팩(120), SOC 측정부(130), 충방전 제어부(140) 및 SOH 산출부(150)를 포함한다.

제1 배터리 팩(110), 제2 배터리 팩(120), SOC 측정부(130) 및 충방전 제어부(140)는 앞서 첨부된 도면들을 참조로 하여 설명한 배터리 충방전 시스템(100)의 구성요소와 실질적으로 동일한 기능을 수행하므로, 중복되는 내용에 한하여 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

SOH 산출부(150)는, 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOH(State-Of-Health)를 산출한다. SOH는 배터리의 이상적인 상태와 현재 배터리의 상태를 비교하여 나타낸 성능 지수를 의미한다. 단위는 퍼센트(%)로 나타내며, SOH가 100%라는 것은 현재 배터리의 상태가 초기 배터리의 규격 및 사양을 정확히 만족하고 있다는 것이다.

SOH를 산출하는 방법은 한 가지로 정해지지 않은 상태이며 일반적으로 배터리의 내부 저항, 임피던스, 용량, 전압, 충방전 횟수 등의 요소를 고려하여 산출한다.

SOH 산출부(150)는 주기적으로 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOH를 산출할 수 있으며, SOH 산출부(150)에서 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOH를 산출하면 충방전 제어부(140)는 SOH 산출 결과에 따라 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOC를 조정하는데, 이때, 충방전 제어부(140)는 상기 제1 및 제2 배터리 팩(110, 120)의 SOH 차이가 제3 임계값 이상인 경우에만 SOC를 조정할 수 있다.

SOH 산출부(150)의 산출 결과가 SOC 조정 조건을 만족하면, 충방전 제어부(140)는 배터리 팩의 SOC를 조정하게 된다. 예를 들어, 상기 제1 배터리 팩(110)과 제2 배터리 팩(120)의 SOC가 충방전 제어부(140)의 SOC 조정에 의해 각각 40%, 60%로 설정되고, 배터리의 수명 특성이 SOC 40%에서 더 좋은 경우에는 제2 배터리 팩(120)의 SOH가 더 낮게 산출된다. 이때, 제2 배터리 팩(120)이 제1 배터리 팩(110)에 비하여 더 빠르게 열화되는 것을 방지하기 위하여 충방전 제어부(140)는 상기 제1 배터리 팩(110)의 SOC를 60%, 상기 제2 배터리 팩(120)의 SOC를 40%로 조정할 수 있다.

또는, 복수의 배터리 팩 사이에 열화 우선 순위를 부여하고 우선 순위가 높은 배터리 팩의 SOH가 낮게 산출되는 경우에만 SOC를 조정하는 것도 가능하다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법은, 병렬로 연결된 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 충방전 제어 방법으로서, SOC 측정 단계(S110), SOC 확장 단계(S120), SOC 축소 단계(S130) 및 배터리 충방전 단계(S140)를 포함한다.

SOC 측정 단계(S110)에서는 상기 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 충전 상태를 측정한다.

SOC 확장(expanding) 단계(S120)에서는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 상기 제1 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정한다.

SOC 축소(reducing) 단계에서는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제2 임계값 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제2 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정한다.

그리고, 배터리 충방전 단계(S140)에서는 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 제1 C- 레이트(rate)로 펄스 충전한다.

상기 SOC 확장 단계(S120) 및 상기 SOC 축소 단계(S130)에서는, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 조정 전 SOC의 평균과 조정 후의 SOC 평균이 일치하도록 SOC를 조정할 수 있다. 따라서, 어느 하나의 배터리 팩의 SOC를 증가시키는 경우, 나머지 하나의 배터리 팩의 SOC는 다른 배터리 팩의 증가된 SOC 만큼 감소될 것이다.

또한, 상기 SOC 확장 단계(S120)에서는 조정 후의 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC와 제1 기준값과의 차이의 합이 최대가 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정할 수 있다. 여기서, 제1 기준값은 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 수명을 최소로 하는 SOC 값일 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 수명이 최소가 되는 SOC가 50%인 경우, 상기 제1 기준값은 50%가 된다. 그리고, SOC 확장 단계(S120)에서는 제1 배터리 팩의 SOC와 제2 배터리 팩의 SOC가 50%에서 멀어지도록 SOC를 조정할 수 있다. 다만, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 조정 후 SOC의 평균이 조정 전의 평균과 동일한 범위, 그리고 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제1 임계값과 동일하게 되는 SOC 범위 내에서 조정 가능하다.

한편, 상기 SOC 확장 단계 또는 상기 SOC 축소 단계에서는 SOC 조정 전 상기 제1 또는 제2 배터리 팩의 SOC가 10% 이하 또는 90% 이상인 경우에는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 상기 제1 임계값 이하이거나 상기 제2 임계값 이상인 경우에도, 어느 하나의 배터리 팩의 SOC가 10% 이하 또는 90% 이상인 경우에는 SOC 조정이 이루어지지 않는다.

상기 10% 이하 또는 90% 이상의 범위는 병렬로 연결되는 배터리의 개수에 따라 달라질 수 있는 것으로서, 반드시 위의 범위로 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

상기 배터리 충방전 단계(S140)에서의 상기 제1 C-레이트는, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 수명을 최대로 하는 C-레이트 값을 기준으로 설정될 수 있다. 도 5(a)를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 3C에서 수명 특성이 가장 우수한 배터리 팩의 경우에는 상기 제1 C-레이트를 4C 이하 또는 3C에 근접한 C-레이트 값으로 설정할 수 있다.

한편, 상기 배터리 충방전 단계(S140)에서는 상기 제1 배터리 팩의 펄스 충전 중 펄스 오프 시간 동안은 상기 제2 배터리 팩을 충전함으로써, 각각의 배터리 팩에 휴지 시간(rest time)을 부여하고, 이를 통해 배터리 팩의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 충방전 제어 방법은, SOC 측정 단계(S210), SOC 확장(expanding) 단계(S220), SOC 축소(reducing) 단계(S230), SOH 산출 단계(S240) 및 배터리 충방전 단계(S250)를 포함한다.

상기 SOC 측정 단계(S210), SOC 확장(expanding) 단계(S220), SOC 축소(reducing) 단계(S230) 및 배터리 충방전 단계(S250)는 도 8을 참조로 하여 설명한 배터리 충방전 방법의 각 단계와 실질적으로 동일하므로 중복되는 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.

상기 SOH 산출 단계(S240)에서는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH(State-Of-Health)를 산출한다. 그리고, 상기 배터리 충방전 단계(S250)에서는 상기 SOH 산출 단계(S240)에서 산출된 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH에 따라 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정할 수 있다.

SOH는 현재 배터리의 수명 상태를 파악하는 지표로 사용할 수 있으며, SOH가 높을수록 배터리가 사용되기 전의 상태와 가장 유사한 상태임을 의미한다. 따라서, SOH가 낮을수록 배터리의 열화가 많이 진행된 것으로 판단할 수 있다.

앞서, 도 2를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 배터리의 종류에 따라 배터리의 잔존 용량 또는 배터리의 수명에 좋지 않은 영향을 미치는 특정 SOC 구간이 존재하므로, SOH가 낮게 산출된 배터리 팩은 현재 동작 중인 SOC 구간을 회피하여 동작하도록 SOC를 조정할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 배터리 팩과 제2 배터리 팩의 SOC가 SOC 확장 단계(S220) 또는 SOC 축소 단계(S230)에서 SOC 조정에 의해 각각 40%, 60%로 설정되고, 배터리의 수명 특성이 SOC 40%에서 더 좋은 경우에는 제2 배터리 팩의 SOH가 더 낮게 산출된다. 이때, 제2 배터리 팩이 제1 배터리 팩에 비하여 더 빠르게 열화되는 것을 방지하기 위하여 배터리 충방전 단계(S250)에서는 상기 제1 배터리 팩의 SOC를 60%, 상기 제2 배터리 팩의 SOC를 40%로 조정할 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한, 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 배터리 충방전 제어 시스템 110, 120: 배터리 팩
130: SOC 측정부 140: 충방전 제어부
150: SOH 산출부

Claims

병렬로 연결된 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩;
상기 제1 및 제2 배터리 팩의 충전 상태를 측정하는 SOC 측정부; 및
상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 상기 제1 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하되, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 조정 전 SOC의 평균과 조정 후의 SOC 평균이 일치하도록 SOC를 조정하며, 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 제1 C-레이트(rate)로 펄스 충방전 하는 충방전 제어부;
를 포함하는 배터리 충방전 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 충방전 제어부는 조정 후의 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC와 제1 기준값과의 차이의 합이 최대가 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하고,
상기 제1 기준값은 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 수명을 최소로 하는 SOC 값인 배터리 충방전 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 충방전 제어부는 SOC 조정 전 상기 제1 또는 제2 배터리 팩의 SOC가 10% 이하 또는 90% 이상인 경우에는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하지 않는 배터리 충방전 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 충방전 제어부는 상기 제1 배터리 팩의 펄스 충방전 중 펄스 오프 시간 동안은 상기 제2 배터리 팩을 충방전하는 배터리 충방전 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 충방전 제어부는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제2 임계값 이상인 경우 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 상기 제2 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 각각 충전하거나 방전하는 배터리 충방전 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH(State-Of-Health)를 산출하는 SOH 산출부를 더 포함하고,
상기 충방전 제어부는 상기 SOH 산출부에서 산출된 SOH에 대응하여 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하는 배터리 충방전 제어 시스템.
제6항에 있어서,
상기 충방전 제어부는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH 차이가 제3 임계값 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하는 배터리 충방전 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 충방전 제어부로부터 수신되는 제1 제어신호에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 되어 상기 제1 배터리 팩을 충전 또는 방전하는 제1 스위치; 및
상기 충방전 제어부로부터 수신되는 제2 제어신호에 대응하여 턴-온 또는 턴-오프 되어 상기 제2 배터리 팩을 충전 또는 방전하는 제2 스위치를 더 포함하는 배터리 충방전 제어 시스템.
병렬로 연결된 제1 배터리 팩 및 제2 배터리 팩의 충방전 제어 방법으로서,
상기 제1 및 제2 배터리 팩의 충전 상태를 측정하는 SOC 측정 단계;
상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제1 임계값 이하인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC의 차이가 상기 제1 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하는 SOC 확장(expanding) 단계;
상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제2 임계값 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC 차이가 제2 임계값이 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하는 SOC 축소(reducing) 단계; 및
제1 C-레이트(rate)로 상기 제1 및 제2 배터리 팩을 펄스 충전하는 배터리 충방전 단계;
를 포함하는 배터리 충방전 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 SOC 확장 단계 및 상기 SOC 축소 단계에서는, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 조정 전 SOC의 평균과 조정 후의 SOC 평균이 일치하도록 SOC를 조정하는 배터리 충방전 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 SOC 확장 단계에서는, 조정 후의 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC와 제1 기준값과의 차이의 합이 최대가 되도록 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하고,
상기 제1 기준값은 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 수명을 최소로 하는 SOC 값인 배터리 충방전 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 SOC 확장 단계 또는 상기 SOC 축소 단계에서는 SOC 조정 전 상기 제1 또는 제2 배터리 팩의 SOC가 10% 이하 또는 90% 이상인 경우에는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하지 않는 배터리 충방전 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 배터리 충방전 단계에서는 상기 제1 배터리 팩의 펄스 충전 중 펄스 오프 시간 동안은 상기 제2 배터리 팩을 충전하는 배터리 충방전 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH(State-Of-Health)를 산출하는 SOH 산출 단계를 더 포함하고,
상기 배터리 충방전 단계에서는 상기 SOH 산출 단계에서 산출된 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH에 따라 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하는 배터리 충방전 제어 방법.
제14항에 있어서,
상기 배터리 충방전 단계에서는 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOH 차이가 제3 임계값 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 배터리 팩의 SOC를 조정하는 배터리 충방전 제어 방법.